Primo piano di una struttura tubolare realizzata mediante stampa simultanea e autoassemblaggio tra ossido di grafene e una proteina. Credito:Professor Alvaro Mata
Un team internazionale di scienziati ha scoperto un nuovo materiale che può essere stampato in 3D per creare strutture vascolari simili a tessuti.
In un nuovo studio pubblicato oggi in Comunicazioni sulla natura , guidato dal professor Alvaro Mata dell'Università di Nottingham e della Queen Mary University di Londra, i ricercatori hanno sviluppato un modo per stampare in 3D l'ossido di grafene con una proteina che può organizzarsi in strutture tubolari che replicano alcune proprietà del tessuto vascolare.
Il professor Mata ha dichiarato:"Questo lavoro offre opportunità nella biofabbricazione consentendo la biostampa 3D simulata dall'alto verso il basso e l'autoassemblaggio dal basso verso l'alto di componenti sintetici e biologici in modo ordinato dalla nanoscala. Qui, stiamo biofabbricando strutture fluidiche simili a capillari su microscala che sono compatibili con le cellule, mostrano proprietà fisiologicamente rilevanti, e hanno la capacità di resistere al flusso. Ciò potrebbe consentire la ricreazione della vascolarizzazione in laboratorio e avere implicazioni nello sviluppo di farmaci più sicuri ed efficienti, il che significa che i trattamenti potrebbero potenzialmente raggiungere i pazienti molto più rapidamente".
Materiale dalle proprietà notevoli
L'autoassemblaggio è il processo mediante il quale più componenti possono organizzarsi in strutture ben definite più grandi. I sistemi biologici si basano su questo processo per assemblare in modo controllabile blocchi molecolari in materiali complessi e funzionali che presentano proprietà notevoli come la capacità di crescere, replicare, ed eseguire funzioni robuste.
Immagine al microscopio elettronico a scansione raffigurante cellule endoteliali che crescono sulla superficie delle strutture tubolari stampate. Credito:Professor Alvaro Mata
Il nuovo biomateriale è costituito dall'autoassemblaggio di una proteina con ossido di grafene. Il meccanismo di assemblaggio consente alle regioni flessibili (disordinate) della proteina di ordinare e conformarsi all'ossido di grafene, generando una forte interazione tra loro. Controllando il modo in cui i due componenti vengono miscelati, è possibile guidare il loro assemblaggio a più scale dimensionali in presenza di celle e in strutture complesse e robuste.
Il materiale può quindi essere utilizzato come bioinchiostro di stampa 3D per stampare strutture con geometrie complesse e risoluzioni fino a 10 um. Il team di ricerca ha dimostrato la capacità di costruire strutture simili a vascolari in presenza di cellule e che mostrano proprietà chimiche e meccaniche biologicamente rilevanti.
Sezione trasversale di una struttura tubolare biostampata con cellule endoteliali (verde) sopra e incorporate all'interno della parete. Credito:Professor Alvaro Mata
Il dottor Yuanhao Wu è il ricercatore capo del progetto, ha detto:"C'è un grande interesse per lo sviluppo di materiali e processi di fabbricazione che emulino quelli della natura. Tuttavia, la capacità di costruire materiali e dispositivi funzionali robusti attraverso l'autoassemblaggio di componenti molecolari è stata finora limitata. Questa ricerca introduce un nuovo metodo per integrare le proteine con l'ossido di grafene mediante autoassemblaggio in un modo che può essere facilmente integrato con la produzione additiva per fabbricare facilmente dispositivi biofluidici che ci consentono di replicare parti chiave di tessuti e organi umani in laboratorio".
